運河段底棲動物多樣性研究范文

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《水生態學雜志》2014年第四期

1方法

1．1點位設置京杭運河常州段原長約44．5km，隨著常州市區改線段工程于2009年末竣工驗收，整個京杭運河常州段就形成了老運河和新運河并存的河道格局。本次研究主要針對近年來污染較為嚴重的老運河段展開。經過現場勘查，最終在河道上、中、下游各設1個調查點位，分別是位于上游的新河口、中游的水門橋和下游的橫洛澗，具體點位分布見圖1。

1．2采樣調查調查歷時5年，從2009年開始到2013年結束;期間每隔1年對該河段底棲動物進行1次調查，即分別在2009年、2011年和2013年對京杭運河常州老運河段的調查點位進行底棲動物采樣，在當年的5月和9月各開展1次。定量采樣工具采用改良彼得生采泥器(1/16m2)，以40目分樣篩過濾后，將底棲生物撿出，裝入樣本瓶中。每點連續采集2次。樣品帶回室內后，在解剖鏡和顯微鏡下進行活體種類鑒定，以分析天平稱重。定性采集使用三角拖網，方法同定量分析(金相燦，1990;張覺民，1991;國家環境保護總局，2002)。

1．3評價指數采用物種分類單元數、Shannon-Wiener多樣性指數(H'''')、BI指數(B)對各采樣點的底棲動物進行分析(錢迎倩和馬克平，1994;馬克明等，2001;王備新和楊蓮芳，2001);并利用污染生物效應指數(BPI)對河段水質進行評價。式中:Pi代表第i個物種的相對多度或相對顯著度;N代表所有物種的個體數之和;Ni代表第i個物種的個體數，Bi為第i種的耐污值(張躍平，2006)。一般情況下，H''''值越大，多樣性越高;B值越大，污染生態效應越重，環境生態狀況越差。污染生物效應指數(BPI)=(Shannon-Wiener多樣性指數得分+BI指數得分+顫蚓密度指數得分)/3各指數具體得分參照表1確定(常州市環境保護局，2013)。BPI分值越高，說明污染生物效應越輕，水質受污染程度越低;其等級劃分、評分范圍及分級標準見表2(常州市環境保護局，2013;王亞超等，2013)。

2結果與分析

2．1底棲動物群落結構通過連續3年的調查，京杭運河常州老運河段共發現底棲動物26種，其中環節動物(寡毛類)7種，占總種類數的26．9%，水生昆蟲9種，占34．6%，軟體動物7種，占26．9%，甲殼動物3種，占11．5%(表3)。從各調查點位情況來看，上游新河口斷面共發現底棲動物18種，其中環節動物(寡毛類)5種，水生昆蟲7種，軟體動物3種，甲殼動物3種;中游水門橋斷面共發現底棲動物13種，其中環節動物(寡毛類)6種，水生昆蟲3種，軟體動物4種;下游橫洛澗斷面共發現底棲動物4種，均為環節動物(寡毛類)。由此可見，常州上游河段的底棲動物數量最多，種類最豐富，群落完整性最好，中游河段次之，下游河段最差。從空間上對京杭運河常州老運河段的底棲動物群落進行比較(表4)，發現位于上游的新河口底棲動物物種數明顯高于中游和下游，且種群豐富程度更高，群落結構更為合理;位于中游的水門橋底棲動物物種數低于上游但高于下游，種群豐富度較上游有所下降，部分種群常年缺失，群落結構完整性較差;而位于下游的橫洛澗底棲動物物種數在3個調查點位中最低，種群極度單一，群落結構極不完整。造成這一結果的原因可能是運河常州段上游來水水質相對較好，周邊主要以村莊農田為主，受到工業和生活污染的影響較小，生境條件保持較好;而隨著河道的延伸，中游和下游河段沿岸的工業和城鎮建筑逐步密集，加上來自城區支浜河水的匯入帶來了大量的生活污染物，對河道形成極大的沖擊，導致水質污染逐漸加重，生境條件逐步惡化，底棲動物群落的多樣性遭到破壞(張躍平，2006)。從時間上對京杭運河常州老運河段的底棲動物群落進行比較(表4)，2009年運河常州段共發現底棲動物6種，其中環節動物(寡毛類)4種，軟體動物2種;2011年共發現底棲動物12種，其中環節動物(寡毛類)3種，水生昆蟲4種，軟體動物4種，甲殼動物1種;2013年共發現底棲動物16種，其中環節動物(寡毛類)5種，水生昆蟲6種，軟體動物3種，甲殼動物2種。2009－2013年各調查點位的優勢種均為霍甫水絲蚓，優勢度為58．0%～100%。隨著時間的推移，運河常州段底棲動物物種數量呈顯著上升趨勢，同時新發現的物種多數為軟體動物和水生昆蟲，說明常州段的底棲動物群落正在逐步恢復，在一定程度上反映出這一時期的水質正逐步得到改善。

2．2底棲動物多樣性根據調查結果計算各點位2009－2013年底棲動物的Shannon-Wiener多樣性指數、BI指數，并從時間和空間上進行比較(圖2－5)。各調查點位空間上的比較結果顯示，Shannon-Wiener多樣性指數表現為:新河口＞水門橋＞橫洛澗;BI指數為:新河口＜水門橋＜橫洛澗;說明位于上游的新河口底棲動物多樣性狀況最好，污染生態效應最輕，環境生態條件相對最好;中游的水門橋次之，下游的橫洛澗底棲動物多樣性最差，污染生態效應最重，環境生態條件最惡劣。而時間上的比較結果表明，2009－2013年京杭運河常州段底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數呈逐年上升趨勢，而BI指數呈逐年下降趨勢;說明運河常州段的底棲動物多樣性正在逐步恢復中，污染生態效應也在逐步減輕，整條河道的環境生態條件正逐漸得到改善。

2．3污染生物效應評價將各調查點位底棲動物的Shannon-Wiener多樣性指數、BI指數及顫蚓密度相結合，計算出2009－2013年的污染生物效應指數，據此判斷各調查點位的污染生物效應等級和水質污染程度(表5)。總體上看，各調查點位的污染生物指數逐年上升，污染生物效應則逐年下降，水質污染程度也呈逐年減輕的趨勢。從空間上進行比較(表5、圖6)，污染生物效應指數表現為:新河口＞水門橋＞橫洛澗，其中新河口和水門橋均處在中污染生物效應等級，水質污染程度為α-中污染;而橫洛澗則處在重污染生物效應等級，水質污染程度達到β-中污染;說明整條河段上游的水質最好，生態狀況最佳，中游次之，下游的水質最差，生態狀況也最差，與前文的結果相互印證，也解釋了上游底棲動物物種最豐富、種群豐富度最高、群落完整性最好、多樣性狀況最好的成因。從時間上再進行比較(見表5、圖7)，2009－2013年京杭運河常州老運河段的污染生物效應指數呈逐年上升的趨勢，2009年該河段還處在重污染生物效應等級，水質污染程度為β-中污染;到2011年，河段的污染生物效應已降低了1級，成為中污染生物效應等級，水污染程度也減輕至α-中污染級別;2013年河段的污染生物效應等級雖未發生變化，但3個點位平均污染生物效應指數卻達到1．72，較2011年上升了14．8%，已接近輕污染生物效應等級劃分限值(2．0)，證明污染生物效應實際上是較2011年有所下降，水污染程度也有所減輕。這一結果說明運河常州段在調查期間的水質正逐年得到改善，其生態條件也在逐步好轉，這可能與近年來常州市針對京杭運河持續開展的多項河道整治工程有關聯。

3討論

3．1河道整治對京杭運河常州段的生態作用自從2009年京杭運河常州市區改線工程順利竣工后，整個常州段就形成了老運河和新運河并存的河道格局，其中老運河段因其常年受到沿岸工業城鎮的污染，水質條件極差，生態環境迅速惡化，水域生態荒漠化越來越嚴重。為了徹底改變現狀，重新恢復京杭運河常州老運河段的生態環境，常州市從2009年起就針對該河段制定了一系列河道整治方案并迅速加以實施。常州市環保局通過將沿岸直排的工業企業進行接管改造和整治搬遷，大幅減輕了工業污水對原有河道的污染;再通過對中心城區范圍內的387家餐飲、200座公廁、13個垃圾中轉站、30個居民點的污水實施截流，加強了對生活污染的控制;又通過完善對中心城區的支流截污，大幅削減了入河污水量(常州市環境監測中心站，2010;常州市環境保護局，2011;2012);此外，水利等相關部門還制訂了常態換水機制，加大從長江引水力度，增加了該河段的蓄水量，提高了河道水環境容量，并在此基礎上建立長效清淤機制，根據不同河段沉積情況確定清淤頻次，定期開展清淤工作(張浩，2011)。上述一系列工程項目在近幾年的持續開展，對于京杭運河常州段的水質與底質生態條件確實起到了一定的改善作用，降低了水體污染物總量，減輕了水環境的生態負荷，在一定程度上有利于河段生態環境的恢復，進而使底棲動物群落多樣性也得到初步恢復。

3．2通過底棲動物群落建立河道生態評價體系從調查結果來看，底棲動物種類數、群落構成及多樣性與水體的污染程度呈反向趨勢，說明底棲動物種類豐富程度可作為評價河道受污染程度的重要生物指標;與劉纏民和馮照軍(2008)以及王亞超等(2013)研究結果一致。采用污染生物效應指數(BPI)評價河段的水質生態狀況，結果顯示京杭運河常州老運河段的上游河段水質最好，生態狀況最佳，隨著河道延伸，尤其是流經城區之后，水質逐步惡化，生態狀態逐漸遭到破壞;此外，從時間變化趨勢上看，京杭運河常州段在調查期間的水質正逐年得到改善，河段生態條件也在逐步好轉。當然，底棲動物群落變化是一個長期緩慢的過程，要解開底棲動物群落與河道水質和生境條件變化的關聯機制和機理，需要長時間的調查研究和大量的數據積累分析;因此，持續開展生態監測和生物多樣性評價的研究，對建立河道生態健康評價體系十分重要。盡管本次調查發現上游河段的底棲動物群落狀況較中游和下游要好，且隨著時間推移，整個河道的底棲動物群落正呈現恢復趨勢，但京杭運河常州老運河段底棲動物的物種數總體偏低，尤其是清潔型的軟體動物和水生昆蟲種類較少，同時從上游至下游，各調查點位的優勢種均為耐污型寡毛類，且優勢度明顯，由此說明河道目前的生態環境仍然較差，水污染依舊嚴重，底棲動物群落狀況不容樂觀。

作者：張皓徐東炯張翔曹志俊單位：江蘇省環境保護水環境生物監測重點實驗室江蘇省常州市環境監測中心